Courbes d'étirement de liquides : tensiomètre enregistreur

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Courbes d’étirement de liquides : tensiomètre

enregistreur

J. Thibaud, H. Lemonde

To cite this version:

COURBES

D’ÉTIREMENT

DE

_{LIQUIDES :}

TENSIOMÈTRE

ENREGISTREUR

Par MM. J. THIBAUD et H. LEMONDE.

Institut de

_Physique

_atomique, Faculté des Sciences de

_Lyon.

Sommaire. 2014

L’application de _{l’amplification optique} au tensiomètre à lame flexible permet, d’une part, des mesures très _rapides de tension _{superficielle,} d’autre _{part, l’enregistrement} continu sur _papier

photographique des courbes d’étirement des lames minces du _{liquide, jusqu’au} moment où se produit l’arrachement. Les _{caractéristiques} ainsi obtenues sont discutées en fonction du _dispositif d’étirement : cadre filiforme, anneau horizontal, plaque verticale, disque horizontal. On montre que pour des mesures

correctes de tension superficielle, c’est-à-dire avant _rupture de la lame étirée, la _préférence doit être donnée non _{pas à l’anneau,} mais au fil formant trois côtés d’un cadre. _{Exemples d’applications} aux mesures de tension _{interfaciale,} aux _{liquides visqueux,} aux substances tensio-actives.

1. L’extension

_prise

_{par les} mesures de tension

superficielle

des

_liquides

dans la

_pratique

industrielle

(soit

en vue de fournir

_rapidement

un critère de

pureté,

soit pour l’étude des corps mouillants dans le textile et

_{l’agriculture), jointe}

aux recommanda-tions données au début des hostilités par le Centre

national de la Recherche

_{scientifique,}

en ce

_qui

concerne les instruments de mesure, nous incitent à

_publier

des résultats obtenus en

₁₉₃₉

avec un

appareil

d’une

_{grande simplicité}

de

_principe,

permet-tant des mesures continues sur une lame

_liquide

étirée,

quel

que soit le

degré

d’étirement,

d’où un

avantage

sur d’autres méthodes

utilisées,

celles des

gouttes

par

exemple.

Dans un

_premier

modèle de tensiomètre basé sur

la flexion d’une

lame,

réalisé par l’un de nous

_(~),

l’évaluation de la force de traction de la lame

_liquide

était _{faite par l’observation visuelle d’un micromètre} à l’aide d’un

_microscope.

Bien que

d’appréciables

résultats aient été

obtenus,

le tracé d’une courbe d’étirement

_point

_par

_point

est alors une

_opération

assez

_longue,

_sujette

aux erreurs résultant des

variations si

_gênantes

de la

_température

du

_liquide

étudié.

Nous avons

_{pensé simplifier}

considérablement les mesures en substituant à l’observation de la flexion

de la

lame,

un

dispositif d’amplification optique

qui,

sans diminuer la sensibilité de

l’instrument,

permet

l’enregistrement

continu de la

_{caractéristique}

d’étirement du

_{liquide (force}

de traction en fonction

de la hauteur de la

_{lame), jusqu’au}

moment où

se

_produit

_{l’arrachement,}

ét ceci en un

_temps

très

court, de l’ordre d’une demi-minute

_(2).

La détermination de la tension

_{superficielle}

s’obtient alors

_statiquement

sur une lame

_liquide

étirée,

à

_partir

d’un

_palier

de la force de traction

(1) fI. LEMOXDE, J. de _{Physique, 1938, 9, p. 5o5.}

(2) J. THIBAUD et H. LEMONDE, C. R. Acad. S’c., ~ 1940,

211, p. 355. 9

et ceci avant la

_rupture

de la lame, seules conditions

physiquement

définies,

comme nous le montrerons

plus

loin.

La

_rapidité

des mesures de l’instrument est un

avantage

pour la

pratique

industrielle. Enfin cet

appareil enregistreur

se

_prête

aussi bien à l’étude

de la tension

_{superficielle}

de

_{liquides visqueux}

tels _que

huiles,

résines ou brais.

2.

_Description

du tensiomètre

_{enregistreur.}

-

a. Une lame flexible 1

_porte

un coulant J

_auquel

Fig. 1.

on

_suspend,

à une distance variable du

_point

d’encas-trement H de la

lame,

le

_dispositif

d’étirement

(fil

horizontal,

anneau,

disque, etc)

mis en contact

avec le

_{liquide placé}

dans la cuve

_{(fig. i).}

La sensibilité

_peut

alors varier suivant la

_grandeur

de la tension

_{superficielle}

à mesurer, par

déplacement

du coulant = de

_suspension.

b. On a choisi une lame d’acier 11 de 25 cm de

_long,

6 mm de

_large,

et o,3 mm

_{d’épaisseur.}

Le

tionnement essentiel

_présenté

ici

consiste,

en

_premier

lieu, en la substitution à la mesure visuelle de la flexion de la lame

_(à

l’aide d’un micromètre et d’un

microscope viseur)

d’un

_{dispositif d’amplification}

optique

remplaçant

la faible déviation de la lame par le

déplacement

20 fois

_plus

_grand

d’une

_image

lumineuse _{reçue par}

_exemple

sur

_papier

sensible.

’

Fig. i bis.

A cet

effet,

l’extrémité libre de la lame flexible

reçoit

un

_léger

miroir concave _m, collé horizonta-lement

_(ou

encore une

_petite

lentille d’axe

_optique

horizontal)

éclairé par une

_lampe

L. Des miroirs

plans

auxiliaires

_{Ml, M~, M3,}

renvoient le faisceau lumineux dans la direction de la

_règle

_transparente

de visée

_{(fig. 4)}

ou dans celle de

_{l’enregistreur,}

sur

la fente

_duquel

se forme

_l’image

de la source

lumi-neuse

_produite

_par le

_petit

miroir concave m. c. En outre la

_plate-forme

de laiton P

_supportant

la cuve à

liquide,

subit un mouvement de translation

uniforme de haut en bas à l’aide d’une vis v et d’un

écrou e entraînés par roues dentées. Ainsi la surface libre du

_liquide

dont on détermine la tension

super-ficielle s’abaisse à vitesse constante au cours de

la mesure. A

_chaque

instant la

_position

du

_spot

lumi-neux sur

_{l’enregistreur}

ou sur la

règle

de visée RR

donnera la valeur de la force d’étirement F

corres-pondant

à la hauteur h du fil au-dessus de la surface

libre

_(fig.

2 et

3).

Un même moteur

_électrique

E commande à la fois le

_déplacement

à vitesse constante du

_papier

enregistreur

et l’abaissement du

_liquide.

Un arbre

horizontal,

très

_{démultiplié}

entraîne à l’aide d’un renvoi à

_angle

droit p le mouvement

d’abaissement du

_liquide.

Un

_embrayage

_El,

_disposé

sur la commande de

la

_plate-forme

_P,

_permet

d’immobiliser cette dernière dans

_{n’importe quelle position,}

c’est-à-dire au

_degré

désiré d’étirement de la lame

_liquide,

ou, au

_contraire,

de

_reprendre

à volonté le mouvement d’étirement uniforme.

Une manivelle _m,

_{permet, lorsque}

_{l’embrayage E,}

est

déclenché,

de remonter à la main la

_plate-forme

à sa hauteur

_primitive,

c’est-à-dire de ramener le

2. - Tensiomètre

avec dispositif d’étirement : 1

fil en étrier à trois côtés.

Fi g. 3. - Détail de la

plate-forme et de l’étrier.

niveau du

_liquide

au contact du fil _pour un nouvel

étirement.

L’ensemble,

plate-forme

P,

_dispositif

de commande et

_embrayage,

est mobile sur des

_glissières

gg

paral-lèlement à la lame 1 : ceci rend

_possible

le

28

sensibilité,

en face de la

_position

choisie _{pour le} crochet K et le

_support

de fil. Deux vis de

_{blocage V}

( fig.

3)

assurent son immobilisation. Pour

_permettre

ce

_déplacement

de la

_plate-forme,

l’arbre moteur

présente

une

_tige

coulissante

_{télescopique,}

cc avec

deux _{cardans p}

_(3).

d. Voici les

_{caractéristiques}

de l’un des modèles établis : vitesse de rotation du

moteur 1400

tours-minute,

avec réducteur _par vis

_tangente

à i

4o’

On cale sur l’arbre

_primaire,

tournant à o,5 tour par seconde : io à l’aide d’un réducteur à _engrenage, le tambour de

_{l’enregistreur qui communique}

au

papier

sensible,

pour un diamètre d’enroulement (3) L’ensemble des instruments : tensiomètre, dispositif optique (lampe L, miroirs 11Z1, ..., 1V13, enregistreur et

réduc-teurs sont abrités à l’intéricur d’un boîtier allongé qui présente

en outre, sur la face avant, du côté de _{l’opérateur :} a, un volet permettant l’accès au _{tensiomètre; b,} une fenêtre _portant

une _{règle transparentc graduée} RR sur _laquelle le _spot

lumi-neux est _renvoyé horizontalement au moyen d’un miroir plan incliné à ₁₅₀ et lui-même escamotable par un levier lorsqu’on désire _diriger le _spot sur la fente de l’enregistreur;

c, un tableau de commande des différentes manoeuvres :

boutons de commande du moteur, marche avant et arrière correspondant à la « descente et à la « montée » de la plate-forme P, commande à distance de _{l’embrayage} El par flexible Bowden, levier d"ouverture et fermeture du volet de l’enre-gistreur, rhéostat de _réglage de la _{lampe L,} etc.

Le même boîtier porte également le moteur d’entraîne-ment E à vis _tangente, le _{réglage supérieur} du miroir _{M1 et,} latéralement le support de lampe L et ses _réglages. Ces derniers sont doubles: 10 rotation _possible de la source lumineuse autour d’un axe vertical; 2- _{déplacement par glissières}

parallèlement à la lame flexible. Ces dispositifs ont pour objet

de ramener _toujours le _spot à _l’origine de la fente de l’enre-gistreur, quelle que puisse être _{l’élongation} de la lame,

c’est-à-dire _quelle que soit la valeur de la tension superficielle à mesurer.

Réglage de la lame flexible. - Un couteau d’acier

H, agissant à 8 mm du _point d’encastrement de la lame et commandé par tige filetée et _{vis, règle} la hauteur de la lame flexible : le miroir m _peut ainsi être ramené au même _{niveau, quelle} que soit la position de K sur la lame et le poids individuel du _dispositif d’étirement _adoptés.

Interrupteur automatique. - Si l’on vient à omettre

l’inter-ruption du mouvement de descente de la _plate-forme

porte-cuve, après un enregistrement, un interrupteur de courant I

à rupture brusque (fig. 2) fixé à la colonne _A, entrerait en

action sous la _plate-forme mobile. _Celle-ci, à fin de course,

produit le déclenchement d’un basculeur.

L’appareil comporte encore un _dispositif de _blocage de la lame flexible pour le transport : une _pince mobile d _portée

par un _support auxiliaire A, situé derrière la plate-forme P, vient saisir la lame à son extrémité, un _peu avant le miroir m

et 3). Thermostat. -

La cage en bois entourant l’instrument diminue les variations de _{température causées par les} courants

d’air ou _l’approche de _{l’opérateur.} Pour maintenir celle-ci plus rigoureusement, on peut adjoindre un dispositif thermo-statique amovible, disposé sur la _plate-forme mobile elle-méme :

une enceinte à double paroi, entourant à la fois la cuve à liquide et le _dispositif d’étirement. Un orifice _cylindrique étroit, percé à la _{partie supérieure,} laisse passer librement le fil de _suspension de l’étrier d’étirement.

Une circulation d’eau à température maintenue constante dans la double _paroi fixe la _température de l’enceinte _(entre 13° et 6oo).

de 18 cm, une vitesse

_tangentielle

de 13 cm à la

minute; 2° le

mouvement de la

_plate-forme

P,

avec une

_{démultiplication}

de 8,5 à I, et un _pas

de vis mère de 2 mm.

Ce

_réglage

_normal,

_qui

donne une

_amplitude

du

mouvement du

_spot

_égale

à la

_largeur

du

_papier

sensible

_{(60 mm)}

_pour une durée

_{d’enregistrement}

de

4o

à

_l~~

s,

_peut

être considérablement ralenti pour les

liquides

très

visqueux

(changement

du

rapport

de

_{démultiplication).}

Fig. 4. -

Montage d’ensemble du tensiomètre avec _dispositif

d’amplification optique, règle transparente de lecture RR

et tambour _{enregistreur E,1.}

3. Mesure de la tension

_{superficielle}

et

enregistrement

des courbes d’étirement.

--La détermination de la tension

_{superficielle peut}

se faire très

_rapidement,

et avec une bonne

précision

cependant,

par lecture directe sur la

_{règle graduée}

RR des

_positions

successives

_occupées

par le

spot

lumineux j I °

le fil de traction étant sec et n’adhérant

pas encore au

_liquide;

20

_après

étirement d’une lame

_liquide

et au moment du _{passage par le}

palier

de la

_{caractéristique}

_{d’étirement,}

la

_plate-forme

P étant entraînée par le moteur.

Il est

_préférable

_pourtant

de

_profiter

des

_avantages

que donne

l’enregistrement photographique,

ce

_qui

permet

de tracer la courbe d’étirement du

_liquide

étudié et

_{d’interpréter}

les

_{particularités}

de cette dernière

_{(par exemple}

la

_longueur

de

_{palier renseigne}

sur la tendance

_plus

ou moins

_grande

du

_liquide

à former des

_lames).

Il nous

faut, ici,

_anticiper

sur la discussion

ulté-tieure : les

_{caractéristiques dépendent}

évidemment du

_dispositif

utilisé _{pour soulever} le

_liquide

_(anneau

analogue

à celui utilisé dans le tensiomètre Lecomte du

_Noüy,

fil

_{rectiligne, disque,}

_{etc) : cependant,}

pour des raisons que nous discuterons

_plus

loin,

nos

passage

par un maximum A suivi d’un

_palier

hori-zontal BC dont la

_{longueur, parfois}

considérable

(huile, glycérine) indique

la tendance

plus

ou moins

grande

du

_liquide

à former des lames

_(4).

Nous recommanderons

donc,

pour la

pratique

de ceL instrument, de s’en tenir à un fil formant

trois côtés d’un

_{rectangle (étrier}

en U

_renversé).

La tension

_{superficielle}

s’obtiendra alors en

déter-minant la hauteur r du

_palier

d’étirement BC

au-dessus de la

_ligne

zéro,

prise

le fil étant sec

_(5).

Fig. 5. - Enregistrement type de courbe d’étirement avec fil, trois côtés d’un rectangle. Cas de l’huile de _{moteur, 1:° C.}

Rupture de la lame _liquide en C, puis oscillations de la lame d’acier (on a volontairement _supprimé l’amortissement

de l’appareil). Tension _{superficielle} mesurée en 7.

La marche d’une

_expérience

sera la suivante :

4o

cm3 du

_liquide

sont versés dans une cuve bien

propre,

placée

sur la

_plate-forme.

La lame est libérée de son

_blocage.

L’étrier à trois

côtés,

encore sec,

prend

une

position

déterminée : on lit la

position

correspondante

du

_spot

sur la

règle

RR

_(position

de

_zéro).

On remonte la

_plate-forme,

à la main

_{(manivelle m,)}

ou au moteur,

jusqu’à

produire

l’adhérence entre la surface

_liquide

et le fil horizontal.

Le moteur est mis en marche dans le sens de la descente de la

_plate-forme

et

_{l’enregistrement}

de la

_{caractéristique}

commence. Dans le cas de lecture visuelle à la

_{règle graduée,}

on suivra le

_déplacement

du

_spot

comme _pour un

_{galvanomètre :}

on notera le _{passage par} un

maximum,

_puis

le

_palier,

suffisam-ment

_long,

dans la

_plupart

des cas, pour

permettre

une lecture

_précise

de la seconde valeur

nécessaire,

celle de la hauteur du

_palier.

La

_rupture

de la lame

liquide

se

_produit,

le mouvement de descente de la cuve à

_liquide

s’arrête

_{automatiquement.}

La tension cherchée est, aux corrections

_près

de

poussée

due aux brins verticaux de

_l’étrier,

la diffé-rence entre les deux valeurs lues sur la

_règle.

Si l’on

(~) Nous rappelons que ce _{palier correspond} à l’étirement de la lame mince verticale adhérente au fil rectiligne.

Pour les nombreux liquides purs ou en solution étudiés, les courbes d’étirement _présentent, à l’échelle _près, l’allure du cliché 5; nous n’avons jamais rencontré, en particulier, le second maximum _signalé par LÉNARD, DALLNVITZ-WF-GF-N]FR

et E. ZACHMANN {Ann. der Phys, g?!~, 74, p. 3 8 1), qui paraît dû à _l’emploi d’un cadre en _rectangle à _{quatre côtés,} et à l’effet du brin inférieur _{(voir plus loin).}

Un cas de palier à peu près inexistant est celui de l’eau (fig. nl _{i) pour laquelle} la rupture se _produit en B dès la naissance du _{palier :} l’eau, en _effet, s’étire diflicilement

en lame.

se

_dispense

d’un

_{enregistrement}

trois mesures

visuelles

successives,

dont on

_prend

la moyenne, suffisent ordinairement.

Le

_tarage

de

l’instrument,

pour la détermination absolue des

tensions,

se fait en

_suspendant

au fil

des masses

_légères

étalonnées

_{( 1,}

5, 1 o

dg) analogues

aux cavaliers de balance.

4. Discussion des

_dispositifs

d’étirement.

-Comme

_{première application}

de

_{l’appareil,}

nous

étudierons

_{comparativement}

les étirements obtenus

avec les divers

_dispositifs

_{que l’on}

_peut

_suspendre

à la lame flexible et

_auxquels

adhérera le

_{liquide :}

-.

fil

_rectiligne,

anneau,

disque, plaque.

Dans

chaque

cas la courbe d’étirement

_enregistrée

est différente. La discussion nous

_permettra

de choisir celui d’entre

les

_{dispositifs précédents qui}

nous fournira le

_plus

correctement, et _{à peu}

_près

sans nécessiter de

correc-tion,

la valeur cherchée de la tension

_{superficielle.}

A. Fil

_{f ormant}

trois côtés d’un

_rectangle.

- La

caractéristique présente

l’allure

_schématique

_déjà

donnée

_(cliché

₅₎

dont la

_{particularité}

est l’existence d’un

_palier

BC de

_longueur

variable;

exemple

fil de

_platine,

diamètre mm,

_{longueur 1 =}

3 cm

(cliché

5,

huile de moteur à

_{1 ~~ C,}

_fig.

13 à

droite,

glycérine

à 250

_C).

Les

_aspects

successifs de la courbe

_{s’interprètent}

comme suit :

a. Le maximum A de la courbe d’étirement se

produit

un _peu

_après

le _{passage par la verticale} (5) Pour des mesures rapides, on _peut se contenter de prendre la ligne du zéro de retour _{après rupture,} le fil étant alors mouillé : les gouttelettes adhérentes à celui-ci introduisent

30

des surfaces de raccordement au fil horizontal

(fig.

6 :

surfaces

_légèrement

creusées en

_2).

b. La différence c

_(cliché

de la

fig. 5)

entre le

maximum ~~ et le

_palier

BC

_représente

la

diffé-rence entre, d’une

_part,

la variation de

_poids

de

liquide

soulevé entre l’état de la lame au maximum A et le

point

de formation de la lame mince 3

_{( fig. 6),}

et d’autre

_part,

la variation

_{correspondante}

des

projections

des forces

_capillaires

dans le

_plan

vertical de

_symétrie.

c. Une lame étirée

_(région

du

palier)

et adhérente au

fil,

aban-donnée à

elle-méme,

voit sa , structure se modifier lentement : son

_épaisseur

_diminue;

la lame

tend à se vider vers le

bas,

comme un sac

_rempli

de

liquide (l’évaporation joue

aussi un

_rôle,

mais

faible).

D’où une diminution de

poids

du

_liquide

soulevé,

se _{traduisant par} une

diminution de la force de traction de la lame du tensiomètre

_pouvant

atteindre 3

_{à 7}

pour 100

_(à

l’enregistreur,

si l’on

_débraye

en

_Elle

mouvement de

descente du

_plateau

P,

le

_point

_figuratif

sur le film

prend

une

_{légère pente).}

Cet amincissement de la lame se reconnaît à

l’apparition

des

_franges

colorées des lames

minces,

franges

dont

_{l’espacement}

va en croissant

jusqu’à

la

_rupture.

En examinant cette lame au

_microscope,

par

exemple

dans le cas du

toluène,

on constate _que l’écoulement du

_liquide

semble se

_produire

princi-palement

au niveau des crochets de

_suspension.

d. La lame mince ainsi obtenue

_après

écoulement

agit

comme une lame

_rigide

soulevant le

_liquide

au niveau x en

_bas),

c’est donc en ce

_point

oc

qu’on

mesure la tension

_{superficielle}

_{par la hauteur}

a-du

_palier

BC.

e. IVI. L. Brillouin

₍₆₎

a attiré l’attention sur la

nécessité de

_distinguer

deux définitions de la tension

superficielle. Lorsque

nous mesurons la tension

super-ficielle

_{statiquement,}

par la hauteur du

palier

BC,

c’est la

_première

_{définition donnée par} cet auteur

qui

entre en

_jeu.

Mais si nous venions à étirer la

lame très

_rapidement,

en

_quelques

_secondes,

comme nous _{pouvons le faire} en accélérant le mouvement de descente de

P,

c’est la seconde définition

_qui

jouerait,

car alors la vitesse de diffusion des molécules du

_liquide

_gêne

leur

_{pénétration}

dans la lame au

point

cc. Il y aurait

_peut-être,

dans cette _remarque, la

_possibilité

de

_distinguer

_{expérimentalement}

deux tensions

_{superficielles,}

suivant la vitesse des mesures.

Fig. 7. - :Ñléthode du cadre filiforme à _quatre côtés, maximum secondaire _(toluène et _résine).

B.

_Rectangte

à

_quatre

côtés. -

Caractéristique

analogue

à celle du cas

_précédent,

mais le

_palier

peut

être

suivi,

avant

_{l’arrachement,}

d’une remontée de la courbe due à une action du brin horizontal inférieur du

_rectangle,

au moment où il traverse la

surface du

_liquide

en entraînant une

_{partie liquide}

adhérente

_[c’est

le « second maximum » décrit

la

_{figure 7}

obtenue avec un

_liquide

très

_visqueux

(résine

à I oo

poises,

température

2 2 ~, ~,

cadre 3 x I cm en fil Pt de o,2

mm)

probante

à ce

_point

de vue,

présente

un maximum secondaire en

_D,

_lequel

disparaît

totalement si l’on

_supprime

le brin inférieur du cadre.

La

_{courbe 7 supérieure}

est relative au toluène

et montre bien la formation d’une seconde lame

A’,

par le brin

inférieur,

mais cette fois-ci

postérieure-ment à l’arrachement de la

_première

lame BC formée par le cadre.

C. Anneau horizontal. - Cette méthode _a retenu

spécialement

notre

attention,

car c’est l’une des

plus

couramment

_{employée (tensiomètre}

Cenco-Lecomte du

_Noüy).

Fig. 8. - Courbe d’étirement relative à

un anneau de _{platine (circonférence,} 4 cm; diamètre du fil, o,5 mm). Huile de moteur à _i8~"/ et à _{1 4° C.}

, La

caractéristique

d’étirement alors

_enregistrée

présente

une forme

_compliquée,

sans

_palier

horizontal :

après

passage par le maximum

A,

la courbe décroît

constamment,

présente

un

_point

d’inflexion

caractérisé en

_B,

_jusqu’au

moment de la

_rupture

en

_C,

où la valeur de la force de traction est

_{presque la}

même

_{qu’à l’origine}

en 0

_(cliché

de la

fig. 8).

,

Cette forme

_compliquée

est due à la

_dissymétrie

des deux surfaces

libres,

intérieure et

_extérieure,

qui

limitent la lame étirée par l’anneau

(fig.

g et

1 -2)

le

_point

d’inflexion B

_correspond

à la formation d’une lame mince en cuvette

conique

à

_laquelle

est

_suspendue

une masse de

_liquide

soulevée

₍₁

de la

figure g).

Si l’on continue à soulever

l’anneau,

le cercle de raccordement

_(anneau

de

_gorge)

du

liquide

soulevé décroît

_{rapidement jusqu’au}

moment de la

_rupture

_(II

de la

_{figure g);}

la masse de

_liquide

soulevée diminue au cours de

_{l’étranglement,}

d’où

la chute _{verticale presque}

_jusqu’au

zéro de la

carac-téristique

d’étirement,

avant la

_rupture.

Il est assez

_difficile,

_d’après

cette

_{caractéristique,}

de fixer la valeur de la force de traction

_qui

corres-pondrait

à la tension

_{superficielle}

et, en

particulier,

à

la valeur déterminée par la méthode du fil

_rectiligne.

En tout cas on voit facilement ici le

_danger

des

méthodes

_qui,

utilisant le

_dispositif

de

l’anneau,

pré-conisent,

pour déterminer la

tension,

la mesure de la

force au mament de En

effet,

suivant

la nature du

_liquide,

cet arrachement sera obtenu soit avant, soit

_après

le

_point

d’inflexion.

, Fig.9.

Parfois,

cas de l’huile

_{(cliché 8),}

de la

_glycérine

(cliché 13)

la

_rupture

se

produit

assez loin du

_point

d’inflexion B et _pour des valeurs de la force très inférieures à la tension

_{superficielle}

cherchée.

Ainsi _pour utiliser correctement la méthode de l’anneau à des mesures de tension

_{superficielle,}

( ~) On lit dans les instructions pour remploi du tensio-mètre Cenco-du _Noûy, publiées par la firme Cenco, page 12 : :

32

il faudrait déterminer la

_{caractéristique complète}

d’étirement,

rechercher la valeur de la force au

_point

d’inflexion

B,

avant l’arrachement. D’ailleurs cette valeur nécessiterait elle-même une

_correction,

car

le rayon de l’anneau de gorge R, où se forme la lame

(fig.

12,

anneau)

est très inférieur au _{rayon R}

de l’anneau.

Il est donc

_{préférable,}

si l’on veut

_employeur

l’anneau

_(comme

dans le tensiomètre de Lecomte du

_Notiy),

de ne _pas

_produire

l’arrachement et de

déterminer la force due traction à sa valeur maxima A

puis

de se

_résigner

à utiliser de toutes

façons

un

facteur de correction

_($),

souvent

_important.

D.

_Disque

circulaire horizontal. - La

caracté-ristique

se

_rompt

ici avant la formation du

_{palier :}

le cliché 10

représente

les courbes

enregistrées

avec un

_disque

de 1 cm de diamètre et mm

d’épais-seur, dans les cas

_respectifs

de la

_glycérine

à

_r3~,5

C

et de l’eau.

Fig. - Étirement

du _liquide au moyen d’un disque horizontal. Cas de la glycérine à _gauche, de l’eau à droite.

1

On _{notera que} la

_partie

EEI se trouve en dessous

de la

_ligne

de

_zéro;

l’écart

_représente

la

_poussée

subie _par le

_disque

de la

_part

du

_{liquide (volume}

déplacé important).

Fig. i i . -

Caractéristique de la _{glycérine (230,8 C),} méthode de la _{plaque immergée.}

L’anneau

_(C)

_apparaît

ainsi comme le cas

inter-médiaire entre le fil

_(A)

et le

_disque

_(D)

_par suite de l’existence de deux surfaces de

séparation

(interne

et

_{externe) :}

dans le

_disque

seul subsiste la surface

extérieure,

tandis que le fil

peut

être considéré

comme un anneau de diamètre infini où les deux surfaces libres deviendraient

_{symétriques (fig.}

_12).

E. Lame verticale

_immergée.

- Ce

dispositif

indiqué

par

Wilhelmy (9)

a été

_repris

_{par Abribat} et

_{Dognon (1°).}

La courbe d’étirement ne montre _pas de maximum observable : la montée est suivie

($) Pour le facteur de _correction, voir B’¡Y. D. HARKINS

et H. F. JORDAN, J. Amer. Chem. Soc, 1930, 52, p. y’oÎl’ aussi _récemment, DIKRA-N G. DERVICHI AN et CHARLES CLARK, C. R. Acad. _Sc., 1938, 207, p. 2 7 7.

aussitôt d’un

_palier

BC. Cette méthode fournit la même hauteur de

_palier

que

l’emploi

d’un fil

(A)

(aux

corrections de

_{poussée près,}

_qui

se trouvent être bien

_plus

_grandes

pour la lame que dans le cas

du fil

A,

ce dernier doit donc être

_préféré

à la lame

immergée).

Le

cliché 11,

est relatif à une

_plaque

de

_platine,

d’épaisseur

o,I8

mm, de

longueur

3 cm et à la

glycérine

à _230,8. On notera _que cette courbe d’éti-rement est

_analogue

à _{celle que} nous

obtien-drons

_plus

_{loin pour} les tensions interfaciales

(clich é

1 4).

F. Conclusion. -- _a. La

figure 12

résume les cas

principaux :

elle montre les

_aspects

_présentés

_par la masse

_liquide

soulevée au maximum A de la

caractéristique

d’étirement et au

_point

_{B, défini,}

dans tous les cas, comme le

_point

de formation de

la lame mince.

b. Dans la

_pratique,

la

_préférence

devra être donnée à la méthode du fil

_(étrier

à trois

_{côtés) :}

sa

_{caractéristique,}

très

_simple,

est directement

inter-prétable

et

donne,

sans correction

_appréciable

la valeur de la tension

_{superficielle.}

La méthode de l’anneau

_(C)

est

_{déconseillée,}

comme

trop

complexe.

A titre

_comparatif,

le cliché 13

reproduit

les

_{caractéristiques}

d’étirement d’un même

liquide,

la

_glycérine,

_par la méthode de l’anneau et par celle du fil.

Enfin la lame verticale

_(E)

_peut

être

_employée,

mais il faudra alors connaître la

_poussée,

donc le volume

_spécifique

du

_liquide

en

_expérience.

a. Anneau. d = _0,5 mm; périmètre = 4 cm (amortissement normal). b. Fil _{(trois côtés).} 1 = 3 cm ; d = _0,2 mm. 13. -

Caractéristiques de la _glycérine à 25° C. _Comparaison des méthodes de l’anneau et du fil.

5. Autres

_applications

du tensiomètre.

-L’enregistrement

des courbes d’étirement a été

obtenu,

indépendamment

des

_{exemples déjà}

cités,

dans les cas

_pratiques

suivants où il se

_prête

à la

mesure

_rapide

des tensions

_{superficielles.}

(11) La correction de _poussée des brins verticaux du fil,

elle-même fonction du diamètre de ce dernier, peut être

négligée pour toute mesure nù l’on ne _{désire pas} une _précision

supérieure à i pour r oo. Dans la méthode de l’anneau, la correction, ici _{indispemable, peut} atteindre pour 100.

a.

_{Corps Uisqueux}

_{tels que l’huile}

( cli chés 5

et

₈₎

ou très

_visqueux

comme la résine

(fig. 7)

ou même le bitume de

Judée,

_par la méthode du

fil,

à condition de ralentir le mouvement de descente de la

_plate-forme

P : obtention d’une lame étirée

quasi

solide,

et d’un

_palier

allongé,

sur

l’enregis-trement.

b. Mesure des tensions

_{interfaciales,}

à la

sur-face de

_séparation

de deux

_liquides,

tels que le toluène et l’eau

_(cliché

₁₄₎

méthode du fil trois côtés.

34

La

_{caractéristique}

d’étirement, où le

_{palier paraît}

atteint directement sans _{passage par}

maximum,

ressemble à celle obtenue avec la

plaque

immergée.

Fig. 14. - Détermination de tension interfaciale.

Cas d’une lame eau-toluène à 23~,8G (fil, trois côtés rectangle).

Ceci laisserait supposer

qu’il

n’y

a _{pas formation}

de lame mince aux surfaces de

_séparation

étirées

entre les deux

_liquides.

c.

Étude

des _corps

tensio-actifs.

La

_rapidité

des indications de ce

tensiomètre,

permettant

un

_grand

nombre de mesures dans une

journée,

a été _{utilisée pour} l’étude de la tension super-ficielle de solutions aqueuses en fonction de la

concen-tration de celles-ci en substances tensio-actives. On a

pu ainsi choisir

parmi

les corps abaisseurs de tensions

superficielles,

certains

_produits

_qui,

même à la concentration du cent-millième réduisent la tension

superficielle

de la solution à la moitié de la valeur initiale de l’eau _pure

_(effet

de la concentration du

produit

en

surface).

Fig. i 5. -

Eau pure (1) et substances tensio-actives (A, B, C) à faible concentration, dans l’eau (on notera rabaissement de tension superficielle par A, B, C).

Les courbes d’étirement

_(cliché

₁₅₎

obtenues avec

l’eau tridistillée

_(remarquer

l’absence de

_palier,

la lame d’eau se brisant en B dès sa

_{formation) puis}

comparativement

en

_ajoutant

à cette eau trois sulf onates

A, B,

C,

à la concentration de 5,’io oooe

nous

donnent,

_{indépendamment}

de la tension

super-ficielle,

des indications intéressantes sur la facilité

plus

ou moins

_grande

avec

_laquelle

ces solutions

sont

_susceptibles

de s’étirer en lame mince. Par

Fig. 16. - Eau tridistillée

(à gauche) et _{légèrement polluée (à droite).}

palier

bref;

les solutions B .et C forment des lames

importantes

comme on le constate _par

_{l’allongement}

du

_palier.

Enfin les courbes 16

_présentent,

en

_comparaison

de

l’eau pure

(à gauche),

le cas d’une eau

_légèrement

polluée

par une souillure

superficielle :

la tension

superficielle

est un _peu abaissée et l’on observe la

formation d’un début de

_palier.